Влияние внешней среды на распространение пространственных сигналов

Влияние условий распространения радиоимпульса

На точность измерений РНП

Радиоимпульсы могут распространяться от точки излучения до точки их приема двумя путями: вдоль поверхности Земли (поверхностные сигналы) и отражаясь от ионосферных слоев атмосферы (пространственные сигналы).

Влияние внешней среды на распространение поверхностных сигналов.

Поверхностные волны характеризуются достаточно большой стабильностью своих параметров, однако влияние среды сказывается и в этом случае. Оно проявляется в изменении групповой скорости распространения радиоимпульса V_ГР.

Одним из факторов, влияющих на точность навигационных измерений, является погрешность групповой скорости распространения радиоимпульса V_ГР, принятой для определения элементов линии положения и сеток изолиний на радионавигационных картах. Погрешность обусловлена отличием фактической скорости от расчетной, указанной в РТСНО …

Групповой называется скорость перемещения главной части энергии радиоволны (радиоимпульса). Она определяется выражением:

V_ГР = V_а²/ V_Ф,

где V_а = 299694 км/с – скорость распространения радиоволн в стандартной атмосфере;

V_Ф – фазовая скорость распространения радиоволн, характеризующая скорость распространения фазы несущей частоты. Значения этой скорости лежат в пределах V_Ф = 299200 – 299700 км/с.

Таким образом, групповая скорость может изменяться в некоторых пределах V_ГР= 299774 – 299684 км/с, а среднее значение составляет 299729 км/с.

Максимально возможная относительная погрешность групповой скорости будет равна:

ΔV_ГР / V_ГР.СР= ±12·10^-5.

Погрешность, которую для систем дальнего действия можно считать небольшой, имеет систематическую и случайную составляющие.

Основная часть систематической погрешности может быть определена и скомпенсирована поправкой, а оставшаяся часть систематической погрешности и случайная составляющая должны учитываться при оценке точности измерений.

Величина случайной составляющей существенно возрастает, если трасса распространения сигнала от опорной станции до корабля проходит над различными подстилающими поверхностями. Поэтому при выборе линий положения рекомендуется использовать для измерений станции с чисто морской трассой распространения сигнала.

Под влиянием внешней среды претерпевает искажение и сама форма огибающей сигнала. Это приводит к увеличению погрешности обсервации, так как измерения на первом этапе грубых измерений производятся с использованием характерных точек огибающих ХТО. При большой разности амплитуд принятых от ВЩ и ВМ станций сигналов сдвиг ХТО может достигать 20 мкс.

Влияние внешней среды на распространение пространственных сигналов.

Пространственные сигналы в ИФ РНС играют двоякую роль, которая может, с одной стороны, расцениваться как отрицательная, существенно снижающая точность измерений, а с другой - как положительная, увеличивающая дальность действия системы.

Если эти сигналы принимаются вместе с поверхностными, то они являются помехами, затрудняющими измерения и ухудшающими точность обсерваций.

В дальней зоне, где поверхностные сигналы из-за их затухания не могут быть приняты, пространственные сигналы используются как носители навигационной информации, что значительно расширяет рабочую зону РНС.

При совместном приеме пространственных и поверхностных сигналов параметры результирующего сигнала определяются величиной интервала запаздывания между ними и их фазовыми соотношениями. Величина запаздывания уменьшается при увеличении дальности приема по закону, близкому к экспоненциальному, не достигая нигде величины, меньшей 30 – 40 мкс.

С точки зрения степени влияния пространственного сигнала выделяют три зоны:

1. Расстояние до станции - менее 500 миль. Распознавание поверхностных сигналов трудностей не представляет, ввода поправок не требуется.

2. Расстояние до станции - от 500 миль до 900 миль. Интенсивности пространственного и поверхностного сигналов сравнимы. При использовании пространственного сигнала для измерений РНП необходим учет поправок.

3. Расстояние до станций - более 900 миль. Преобладает пространственный сигнал, необходим учет поправок.

Если пространственные радиоимпульсы используются в качестве навигационных сигналов, то необходимо учитывать особенности, связанные с распространением электрических колебаний в ионизированной среде. Так как процесс отражения сопровождается существенными искажениями сигнала, основные из них будут следующие:

- искажение формы (расплывание формы) радиоимпульса;

- сдвиг характерных точек высокочастотного заполнения из-за изменения скорости распространения радиоволн в ионизированной среде.

Отраженные сигналы создаются преимущественно ночью слоями Е, F₁, F₂, изменение высот которых является случайным процессом. А днем под воздействием солнечной радиации ниже слоя Е на высоте 60 – 70 км возникает слой Д, концентрация заряженных частиц в котором такова, что пространственный сигнал в нем практически претерпевает полное затухание.

При использовании для измерений пространственных сигналов единичный отсчет будет содержать существенные случайные погрешности, для уменьшения их влияния, необходимо брать серию из 5 – 7 отсчетов и находить по ним среднее значение. При этом интервал между отсчетами должен превышать период автокорреляции рассматриваемого случайного процесса. В обязательном порядке следует учитывать поправки, которые наносятся на специальные радионавигационные карты, приводятся в специальных таблицах или периодически определяются штурманом.

Погрешности определения навигационного параметра можно подразделить на три основные группы:

- инструментальные;

- погрешности, вызываемые условиями распространения радиоволн и радиопомехами различного типа;

- погрешности из-за неточной синхронизации береговых ведомых станций и бортового опорного генератора с ведущей станцией.

Инструментальные погрешности s_И в основном относятся к фазоизмерительным устройствам и измерителям интервалов времени КПИ.

Современные фазоизмерительные устройства позволяют определять разность фаз с погрешностью порядка 0,005 ф.ц. или 1,8⁰. С учетом рабочей частоты ИФ РНС (f = 100 кГц, l = 3000 м) инструментальные погрешности обычно не превышают 0,05 мкс. Погрешность фазовых измерений Dj связана с соответствующим временным интервалом Dt соотношением:

Dj = wDt = 2pfDt.

Погрешности из-за влияния условий распространения радиоволн s_Р существенно изменяются в зависимости от следующих факторов:

- типа радиоволны, на которой выполняются измерения;

- уровня радиопомех;

- способа совмещения периодов высокочастотного заполнения при выполнении фазовых измерений;

- способа разделения поверхностных и пространственных радиоволн.

При измерениях на поверхностной волне до расстояний 800 – 1000 км эти погрешности в основном зависят от уровня помех. Для ПИ типа КПИ–7Ф, КПИ–8Ф s_И = 0,1 – 0,2 мкс и дальность действия ИФ РНС при этом возрастает до 1500 – 1700 км.

При использовании пространственных радиоволн на удалениях от 1500 до 3000 км погрешность измерений составит s_И = 1 – 2 мкс.

Погрешности из-за неточной синхронизации береговых ВМ станций и бортового

опорного генератора с ведущей станцией обычно не превышают s_СХ = 0,05 мкс.

Суммарная погрешность, будет составлять для автоматических ПИ:

- на поверхностной волне s_ПОВ = 0,1 – 0,2 мкс;

- на пространственной волне s_ПР = 1 – 2 мкс.

Поиск по сайту: